Prof. Dr. Thomas Bortfeld

Forschungsschwerpunkte: Medizinische Physik, Intensitätsmodulierte Strahlentherapie (IMRT), Protonen-Therapie, Optimierungsmethoden
Thomas Bortfeld ist ein deutsch-amerikanischer Physiker, der wesentlich zur Weiterentwicklung der Strahlentherapie beigetragen hat. Die zentrale Herausforderung in der Tumortherapie besteht darin, eine therapeutisch wirksame Dosis im Tumor zu verabreichen, ohne die Toleranzschwelle im umliegenden Normalgewebe zu überschreiten. Thomas Bortfeld entwickelt mit seinem Team Modelle und Algorithmen zur Berechnung der bestmöglichen Behandlungsstrategie sowie Technologien zu deren klinischer Umsetzung. Mit der von ihm maßgeblich vorangetriebenen Methode der intensitätsmodulierten Strahlentherapie (IMRT) sind inzwischen weltweit 30 Millionen Patientinnen und Patienten erfolgreich behandelt worden.
Die Strahlentherapieplanung ist aus mathematischer Sicht ein inverses Problem, bei dem – ausgehend von der gewünschten Dosis im Tumor-Zielvolumen – auf die Intensität und Richtung der verwendeten Strahlenfelder zurückgeschlossen werden muss. Dieses Problem ist mathematisch verwandt mit der Rekonstruktion computertomographischer (CT) Bilder aus gemessenen Röntgenprojektionen. Im Gegensatz zur Bildrekonstruktion kann bei der Therapieplanung keine exakte Lösung gefunden werden, sondern es muss nach einem bestmöglichen Kompromiss gesucht werden, der verschiedene Zielvorgaben und Nebenbedingungen berücksichtigt. Dies wird als mehrkriterielle Optimierung bezeichnet. Die Arbeiten von Thomas Bortfeld mit seinem Team konzentrieren sich auf die Formulierung und Lösung dieses Optimierungsproblem in der Therapieplanung.
Ein weiterer Aspekt ist die Realisierung der intensitätsmodulierten Strahlenfelder mit Multileaf Kollimatoren, die den Behandlungsstrahl dem zu behandelnden Objekt anpassen und eine geometrisch differenzierte Dosisapplikation ermöglichen. Diese Arbeiten führten zur invers geplanten intensitätsmodulierten Strahlentherapie (IMRT), bei der die Intensität der Strahlendosis innerhalb des Bestrahlungsfeldes verändert und der Strahlenempfindlichkeit des Gewebes Punkt für Punkt angepasst werden kann. Der Tumor wird auf diese Weise präzise bestrahlt, während gesunde Nachbarstrukturen optimal vor der Strahlung geschützt werden. So ist der Einsatz einer höheren Strahlendosis möglich, die die Heilungschancen für die Patientinnen und Patienten verbessert. Die IMRT ist heute weltweit zum Standard der Technik in der Strahlentherapie geworden.
Aktuelle Forschungsschwerpunkte sind die Entwicklung von „optimal stopping“-Methoden zur optimierten individualisierten Therapie, die systematische Bestimmung des klinischen Zielvolumens (CTV) und die Entwicklung von Methoden zur Kostenreduktion der Protonen-Therapie, um diese Therapieform mehr Patientinnen und Patienten zugänglich zu machen.